src/gromacs/simd/tests/simd.cpp

   1 /*
   2  * This file is part of the GROMACS molecular simulation package.
   3  *
   4  * Copyright (c) 2014, by the GROMACS development team, led by
   5  * Mark Abraham, David van der Spoel, Berk Hess, and Erik Lindahl,
   6  * and including many others, as listed in the AUTHORS file in the
   7  * top-level source directory and at http://www.gromacs.org.
   8  *
   9  * GROMACS is free software; you can redistribute it and/or
  10  * modify it under the terms of the GNU Lesser General Public License
  11  * as published by the Free Software Foundation; either version 2.1
  12  * of the License, or (at your option) any later version.
  13  *
  14  * GROMACS is distributed in the hope that it will be useful,
  15  * but WITHOUT ANY WARRANTY; without even the implied warranty of
  16  * MERCHANTABILITY or FITNESS FOR A PARTICULAR PURPOSE.  See the GNU
  17  * Lesser General Public License for more details.
  18  *
  19  * You should have received a copy of the GNU Lesser General Public
  20  * License along with GROMACS; if not, see
  21  * http://www.gnu.org/licenses, or write to the Free Software Foundation,
  22  * Inc., 51 Franklin Street, Fifth Floor, Boston, MA  02110-1301  USA.
  23  *
  24  * If you want to redistribute modifications to GROMACS, please
  25  * consider that scientific software is very special. Version
  26  * control is crucial - bugs must be traceable. We will be happy to
  27  * consider code for inclusion in the official distribution, but
  28  * derived work must not be called official GROMACS. Details are found
  29  * in the README & COPYING files - if they are missing, get the
  30  * official version at http://www.gromacs.org.
  31  *
  32  * To help us fund GROMACS development, we humbly ask that you cite
  33  * the research papers on the package. Check out http://www.gromacs.org.
  34  */
  35 #include "gmxpre.h"
  36
  37 #include "simd.h"
  38
  39 namespace gmx
  40 {
  41 namespace test
  42 {
  43
  44 /*! \cond internal */
  45 /*! \addtogroup module_simd */
  46 /*! \{ */
  47
  48 /* Unfortunately we cannot keep static SIMD constants in the test fixture class.
  49  * The problem is that SIMD memory need to be aligned, and in particular
  50  * this applies to automatic storage of variables in classes. For SSE registers
  51  * this means 16-byte alignment (which seems to work), but AVX requires 32-bit
  52  * alignment. At least both gcc-4.7.3 and Apple clang-5.0 (OS X 10.9) fail to
  53  * align these variables when they are stored as data in a class.
  54  *
  55  * In theory we could set some of these on-the-fly e.g. with setSimdRealFrom3R()
  56  * instead (although that would mean repeating code between tests), but many of
  57  * the constants depend on the current precision not to mention they
  58  * occasionally have many digits that need to be exactly right, and keeping
  59  * them in a single place makes sure they are consistent.
  60  */
  61 #ifdef GMX_SIMD_HAVE_REAL
  62 const gmx_simd_real_t rSimd_1_2_3    = setSimdRealFrom3R(1, 2, 3);
  63 const gmx_simd_real_t rSimd_4_5_6    = setSimdRealFrom3R(4, 5, 6);
  64 const gmx_simd_real_t rSimd_7_8_9    = setSimdRealFrom3R(7, 8, 9);
  65 const gmx_simd_real_t rSimd_5_7_9    = setSimdRealFrom3R(5, 7, 9);
  66 const gmx_simd_real_t rSimd_m1_m2_m3 = setSimdRealFrom3R(-1, -2, -3);
  67 const gmx_simd_real_t rSimd_3_1_4    = setSimdRealFrom3R(3, 1, 4);
  68 const gmx_simd_real_t rSimd_m3_m1_m4 = setSimdRealFrom3R(-3, -1, -4);
  69 const gmx_simd_real_t rSimd_2p25     = setSimdRealFrom1R(2.25);
  70 const gmx_simd_real_t rSimd_3p75     = setSimdRealFrom1R(3.75);
  71 const gmx_simd_real_t rSimd_m2p25    = setSimdRealFrom1R(-2.25);
  72 const gmx_simd_real_t rSimd_m3p75    = setSimdRealFrom1R(-3.75);
  73 const gmx_simd_real_t rSimd_Exp      = setSimdRealFrom3R( 1.4055235171027452623914516e+18,
  74                                                           5.3057102734253445623914516e-13,
  75                                                           -2.1057102745623934534514516e+16);
  76 #    if (defined GMX_SIMD_HAVE_DOUBLE) && (defined GMX_DOUBLE)
  77 // Make sure we also test exponents outside single precision when we use double
  78 const gmx_simd_real_t rSimd_ExpDouble = setSimdRealFrom3R( 6.287393598732017379054414e+176,
  79                                                            8.794495252903116023030553e-140,
  80                                                            -3.637060701570496477655022e+202);
  81 #    endif
  82 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_REAL
  83 #ifdef GMX_SIMD_HAVE_INT32
  84 const gmx_simd_int32_t iSimd_1_2_3      = setSimdIntFrom3I(1, 2, 3);
  85 const gmx_simd_int32_t iSimd_4_5_6      = setSimdIntFrom3I(4, 5, 6);
  86 const gmx_simd_int32_t iSimd_7_8_9      = setSimdIntFrom3I(7, 8, 9);
  87 const gmx_simd_int32_t iSimd_5_7_9      = setSimdIntFrom3I(5, 7, 9);
  88 const gmx_simd_int32_t iSimd_1M_2M_3M   = setSimdIntFrom3I(1000000, 2000000, 3000000);
  89 const gmx_simd_int32_t iSimd_4M_5M_6M   = setSimdIntFrom3I(4000000, 5000000, 6000000);
  90 const gmx_simd_int32_t iSimd_5M_7M_9M   = setSimdIntFrom3I(5000000, 7000000, 9000000);
  91 const gmx_simd_int32_t iSimd_0xF0F0F0F0 = setSimdIntFrom1I(0xF0F0F0F0);
  92 const gmx_simd_int32_t iSimd_0xCCCCCCCC = setSimdIntFrom1I(0xCCCCCCCC);
  93 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_INT32
  94
  95 #ifdef GMX_SIMD_HAVE_REAL
  96 ::std::vector<real>
  97 simdReal2Vector(const gmx_simd_real_t simd)
  98 {
  99     real                mem[GMX_SIMD_REAL_WIDTH*2];
 100     real *              p = gmx_simd_align_r(mem);
 101
 102     gmx_simd_store_r(p, simd);
 103     std::vector<real>   v(p, p+GMX_SIMD_REAL_WIDTH);
 104
 105     return v;
 106 }
 107
 108 gmx_simd_real_t
 109 vector2SimdReal(const std::vector<real> &v)
 110 {
 111     real                mem[GMX_SIMD_REAL_WIDTH*2];
 112     real *              p = gmx_simd_align_r(mem);
 113
 114     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 115     {
 116         p[i] = v[i % v.size()];  // repeat vector contents to fill simd width
 117     }
 118     return gmx_simd_load_r(p);
 119 }
 120
 121 gmx_simd_real_t
 122 setSimdRealFrom3R(real r0, real r1, real r2)
 123 {
 124     std::vector<real> v(3);
 125     v[0] = r0;
 126     v[1] = r1;
 127     v[2] = r2;
 128     return vector2SimdReal(v);
 129 }
 130
 131 gmx_simd_real_t
 132 setSimdRealFrom1R(real value)
 133 {
 134     std::vector<real> v(GMX_SIMD_REAL_WIDTH);
 135     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_REAL_WIDTH; i++)
 136     {
 137         v[i] = value;
 138     }
 139     return vector2SimdReal(v);
 140 }
 141
 142 testing::AssertionResult
 143 SimdTest::compareSimdRealUlp(const char *  refExpr,     const char *  tstExpr,
 144                              const gmx_simd_real_t ref, const gmx_simd_real_t tst)
 145 {
 146     return compareVectorRealUlp(refExpr, tstExpr, simdReal2Vector(ref), simdReal2Vector(tst));
 147 }
 148
 149 testing::AssertionResult
 150 SimdTest::compareSimdRealEq(const char * refExpr, const char * tstExpr,
 151                             const gmx_simd_real_t ref, const gmx_simd_real_t tst)
 152 {
 153     return compareVectorEq(refExpr, tstExpr, simdReal2Vector(ref), simdReal2Vector(tst));
 154 }
 155
 156 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_REAL
 157
 158 #ifdef GMX_SIMD_HAVE_INT32
 159 std::vector<int>
 160 simdInt2Vector(const gmx_simd_int32_t simd)
 161 {
 162     int                 mem[GMX_SIMD_INT32_WIDTH*2];
 163     int *               p = gmx_simd_align_i(mem);
 164
 165     gmx_simd_store_i(p, simd);
 166     std::vector<int>    v(p, p+GMX_SIMD_INT32_WIDTH);
 167
 168     return v;
 169 }
 170
 171 gmx_simd_int32_t
 172 vector2SimdInt(const std::vector<int> &v)
 173 {
 174     int                 mem[GMX_SIMD_INT32_WIDTH*2];
 175     int *               p = gmx_simd_align_i(mem);
 176
 177     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_INT32_WIDTH; i++)
 178     {
 179         p[i] = v[i % v.size()];  // repeat vector contents to fill simd width
 180     }
 181     return gmx_simd_load_i(p);
 182 }
 183
 184 gmx_simd_int32_t
 185 setSimdIntFrom3I(int i0, int i1, int i2)
 186 {
 187     std::vector<int> v(3);
 188     v[0] = i0;
 189     v[1] = i1;
 190     v[2] = i2;
 191     return vector2SimdInt(v);
 192 }
 193
 194 gmx_simd_int32_t
 195 setSimdIntFrom1I(int value)
 196 {
 197     std::vector<int> v(GMX_SIMD_INT32_WIDTH);
 198     for (int i = 0; i < GMX_SIMD_INT32_WIDTH; i++)
 199     {
 200         v[i] = value;
 201     }
 202     return vector2SimdInt(v);
 203 }
 204
 205 ::testing::AssertionResult
 206 SimdTest::compareSimdInt32(const char *  refExpr,      const char *  tstExpr,
 207                            const gmx_simd_int32_t ref, const gmx_simd_int32_t tst)
 208 {
 209     return compareVectorEq(refExpr, tstExpr, simdInt2Vector(ref), simdInt2Vector(tst));
 210 }
 211
 212 #endif  // GMX_SIMD_HAVE_INT32
 213
 214 /*! \} */
 215 /*! \endcond */
 216
 217 }      // namespace
 218 }      // namespace